高中物理人教版（2019）必修一 4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 学案 （有答案）
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版（2019）必修一 4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 学案 （有答案） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.4MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-10-16 19:23:29 | ||
图片预览
文档简介
中小学教育资源及组卷应用平台
4.2实验：探究加速度与力、质量的关系
一学科核心素养
物理观念:在处理实验问题时建立采用控制变量的方法对a、F、 m三个物理量间的数量关系进行定量研究和根据实验数据，归纳、推理实验结论定量分析的物理观念。
科学思维: 理解实验思路的合理性，以及用图象处理实验数据的有效性科学探究: 经历实验的操作和测量过程，以及通过图象处理实验数据的过程，体验如何平衡摩擦阻力、减少系统误差的操作方法。
科学态度与责任:通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度;学会与他人合作、交流，具有团队意识和团队精神。
二学习重难点
重点
1.控制变量法的使用
2如何提出实验方案， 并使实验方案合理可行
3.实验数据的分析和处理
难点
1.控制变量法的使用
2.误差来源分析
三课前预习
1．（1）某位同学在做验证牛顿第二定律实验时，实验前必须进行的操作步骤是_________________．
（2）正确操作后通过测量，作出a—F图线，如图中的实线所示．试分析：图线上部弯曲的原因是________；
（3）打点计时器使用的交流电频率f =50Hz，如图是某同学在正确操作下获得的一条纸带，其中A、B、C、D、E每两点之间还有4个点没有标出，写出用s1、s2、s3、s4以及f来表示小车加速度的计算式：a=_________（用英文字母表示）；根据纸带所提供的数据，算得小车的加速度大小为a=_______m/s2（结果保留两位有效数字）．
2．（1）某同学用自己发明的新式游标卡尺测量小钢球的直径，新式卡尺将主尺上39mm在游标尺上均为成20等份。如图所示，则小钢球的直径为d=________cm。
（2）某实验小组利用拉力传感器和打点计时器“探究加速度与力的关系”。他们将拉力传感器固定在小车上记录小车静止时受到拉力的大小，按照下图进行实验，t=0时，小车处于如图所示的位置。
①该同学按图完成实验，请指出至少一处错误：_______________。
②若打点计时器使用的交流电频率为50Hz，计数点A、B、C、D、E每两个计数点间还有4个点未画出，则小车的加速度大小为__________。（结果保留两位有效数字）
3．某实验小组利用如图所示的装置进行验证：当质量m一定时，加速度a与力F成正比的关系，其中F＝m2g，m＝m1＋m2（m1为小车及车内砝码的总质量，m2为桶及桶中砝码的总质量）。具体做法是：将小车从A处由静止释放，用速度传感器测出它运动到B处时的速度v，然后将小车内的一个砝码拿到小桶中，小车仍从A处由静止释放，测出它运动到B处时对应的速度，重复上述操作。图中A、B相距x。
（1）设加速度大小为a，则a与v及x间的关系式是________。
（2）如果实验操作无误，四位同学根据实验数据做出了下列图象，其中哪一个是正确的( )
A．B．
C．D．
（3）下列哪些措施能够减小本实验的误差________
A．实验中必须保证m2 m1
B．实验前要平衡摩擦力
C．细线在桌面上的部分应与长木板平行
D．图中A、B之间的距离x尽量小些
4．为了定性研究阻力（摩擦阻力和空气阻力）与速度的关系，某同学设计了如图所示的实验，接通打点计时器，将拴有金属小球的细线拉离竖直方向一个角度后由静止释放，小球撞击固定在小车右端的挡板，使小车和挡板在无动力条件下一起运动，打点计时器在纸带上打下了一系列的点，用刻度尺测出相邻两点间的距离，小车运动的加速度逐渐_______（填“增大、减小或不变”），表明小车所受的阻力随速度的减小而_________（填“增大、减小或不变”）
5．如图所示为“用DIS实验系统研究物体的加速度与力的关系”的实验装置，该实验需要使用______传感器；实验中应保持_______不变。
6．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,我们得到了如图甲、乙所示的两个实验图像,描述加速度与质量关系的图线是____,描述加速度与力的关系的图线是____.
四自我检测
1．如图为“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置，砂和砂桶的总质量为m，小车（含车内砝码）总质量为M，实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小，小车运动加速度用a表示。在探究加速度与小车受力关系的过程中，要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是（ ）
A．M＝100g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120g
B．M＝400g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120g
C．M＝400g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40g
D．M＝100g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40g
2．利用如图甲所示的装置探究“质量一定，加速度与力的关系”实验时，甲同学根据实验数据画出的小车的加速度a和小车所受拉力F的图像如图乙中的直线Ⅰ所示，乙同学画出的a－F图像如图乙中的直线Ⅱ所示。直线Ⅰ、Ⅱ在两个坐标轴上的截距都比较大，明显超出了误差范围，下面关于形成这种状况的解释正确的是（ ）
A．实验前甲同学没有平衡摩擦力
B．甲同学在平衡摩擦力时，把长木板不带滑轮的一端垫得过高了
C．实验前乙同学平衡摩擦力过度
D．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板不带滑轮的一端垫得过高了
3．如图为“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置，砂和砂桶的总质量为m，小车（含车内砝码）总质量为M，实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小，小车运动加速度用a表示。实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是（ ）
A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
B．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动
C．将长木板带有定滑轮的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
D．将长木板远离定滑轮的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
4．一同学利用如图甲所示的实验装置探究质量一定时加速度a与力F的关系。另一同学在图甲实验装置中的小车上固定一个力传感器（如图乙）来完成实验。下列关于实验操作的说法中正确的是（ ）
A．图甲实验中，小车由静止开始运动后所受拉力大小等于所挂槽码的重力
B．图乙实验中，木板水平时，力传感器上的读数等于小车所受合力的大小
C．图乙实验中，所挂槽码的质量应远小于小车的质量
D．图甲、图乙两个实验中，为得到质量一定时a与F成正比，都需要补偿阻力
5．“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示。保持小车A的质量不变，改变矿泉水瓶C中水的质量，从而改变小车所受拉力F。测量小车在不同拉力F作用下的加速度a，作出a-F图像如图乙所示。造成图线不过原点的原因可能是（ ）
A．没有平衡摩擦力
B．平衡摩擦力时木板倾角过大
C．小车质量太大
D．矿泉水瓶和其中水的质量太大
6．在物理学的发展过程中，科学家们创造出许多物理学研究方法，以下关于所用物理学研究方法的叙述正确的是（ ）
A．在推到匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀变速直线运动，然后把各小段的位移相加，这里采用了理想模型
B．伽利略认为自由落体运动就是物体在倾角为90°的斜面上的运动，再根据铜球在斜面上的运动规律得出自由落体的运动规律，这是采用了实验和逻辑推理相结合的方法
C．在探究加速度、力和质量三者之间的关系时，先保持质量不变研究力和运动的关系，再保持力不变研究加速度和质量的关系，该实验采用了假设法
D．在不需要考虑物体的形状和大小时，用质点来代替物体的方法叫假设法
7．某同学通过以下步骤测出了从一定高度落下的排球对地面的冲击力：将一张白纸铺在水平地面上，把排球在水里弄湿，然后让排球从规定的高度自由落下，并在白纸上留下球的水印。再将印有水印的白纸铺在台秤上，将球放在纸上的水印中心，缓慢地向下压球，使排球与纸接触部分逐渐发生形变直至刚好遮住水印，记下此时台秤的示数，即为冲击力最大值。下列物理学习或研究中用到的方法与该同学的方法相同的是（ ）
A．建立“瞬时速度”的概念 B．显示微小形变的过程
C．建立“合力与分力”的概念 D．研究加速度与合力、质量的关系
8．在探究牛顿第二定律的实验中，使用气垫导轨的主要目的是（ ）
A．减小噪声 B．减小滑块速度
C．增加摩擦力 D．减小摩擦力
9．北宋文学家欧阳修有句名言：任其事必图其效；欲责其效，必尽其方．这句话的意思是：承担任一工作，必定要考虑工作的成效，想要求得工作的成效，尽可能采用好的方式、方法。学习和研究物理问题更加需要科学思想方法的指引，对下面列举的物理研究过程采用的思想方法认识错误的是（ ）
A．瞬时速度概念的建立体现了等效替代的方法
B．质点概念的引入运用了理想化模型的方法
C．探究加速度与力、质量的关系的实验，采用了控制变量的方法
D．伽利略对自由落体运动进行系统研究．运用了实验和逻辑推理（包括数学演算）相结合的方法
10．在“探究加速度与物体的受力、物体质量的关系”实验中，可利用图示装置进行对比实验。两小车放置在水平板上，前端通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦将两条细线按在桌上，使小车静止。抬起板擦，两车同时运动，一段时间后按下板擦，小车同时停下，对比两车的位移，可知加速度与受力大小成正比。对于实验条件，下列说法正确的是（ ）
A．钩码质量相同，小车质量不同 B．钩码质量不同，小车质量相同
C．钩码质量相同，小车质量也相同 D．钩码质量不同，小车质量也不同
参考答案：
三课前预习
1． 平衡摩擦力； 没有满足小车质量M远大于砂和砂桶的质量m 0.60
2． 1.035 打点计时器的电源接了直流电；小车释放时离打点计时器太远；实验前未平衡摩擦阻力
3． v2＝2ax A BC
4． 减小 减小
5． 位移 小车质量
6． 乙 甲
四自我检测
1．C
2．B
3．D
4．D
5．A
6．B
7．C
8．D
9．A
10．B
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com)
" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)
4.2实验：探究加速度与力、质量的关系
一学科核心素养
物理观念:在处理实验问题时建立采用控制变量的方法对a、F、 m三个物理量间的数量关系进行定量研究和根据实验数据，归纳、推理实验结论定量分析的物理观念。
科学思维: 理解实验思路的合理性，以及用图象处理实验数据的有效性科学探究: 经历实验的操作和测量过程，以及通过图象处理实验数据的过程，体验如何平衡摩擦阻力、减少系统误差的操作方法。
科学态度与责任:通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度;学会与他人合作、交流，具有团队意识和团队精神。
二学习重难点
重点
1.控制变量法的使用
2如何提出实验方案， 并使实验方案合理可行
3.实验数据的分析和处理
难点
1.控制变量法的使用
2.误差来源分析
三课前预习
1．（1）某位同学在做验证牛顿第二定律实验时，实验前必须进行的操作步骤是_________________．
（2）正确操作后通过测量，作出a—F图线，如图中的实线所示．试分析：图线上部弯曲的原因是________；
（3）打点计时器使用的交流电频率f =50Hz，如图是某同学在正确操作下获得的一条纸带，其中A、B、C、D、E每两点之间还有4个点没有标出，写出用s1、s2、s3、s4以及f来表示小车加速度的计算式：a=_________（用英文字母表示）；根据纸带所提供的数据，算得小车的加速度大小为a=_______m/s2（结果保留两位有效数字）．
2．（1）某同学用自己发明的新式游标卡尺测量小钢球的直径，新式卡尺将主尺上39mm在游标尺上均为成20等份。如图所示，则小钢球的直径为d=________cm。
（2）某实验小组利用拉力传感器和打点计时器“探究加速度与力的关系”。他们将拉力传感器固定在小车上记录小车静止时受到拉力的大小，按照下图进行实验，t=0时，小车处于如图所示的位置。
①该同学按图完成实验，请指出至少一处错误：_______________。
②若打点计时器使用的交流电频率为50Hz，计数点A、B、C、D、E每两个计数点间还有4个点未画出，则小车的加速度大小为__________。（结果保留两位有效数字）
3．某实验小组利用如图所示的装置进行验证：当质量m一定时，加速度a与力F成正比的关系，其中F＝m2g，m＝m1＋m2（m1为小车及车内砝码的总质量，m2为桶及桶中砝码的总质量）。具体做法是：将小车从A处由静止释放，用速度传感器测出它运动到B处时的速度v，然后将小车内的一个砝码拿到小桶中，小车仍从A处由静止释放，测出它运动到B处时对应的速度，重复上述操作。图中A、B相距x。
（1）设加速度大小为a，则a与v及x间的关系式是________。
（2）如果实验操作无误，四位同学根据实验数据做出了下列图象，其中哪一个是正确的( )
A．B．
C．D．
（3）下列哪些措施能够减小本实验的误差________
A．实验中必须保证m2 m1
B．实验前要平衡摩擦力
C．细线在桌面上的部分应与长木板平行
D．图中A、B之间的距离x尽量小些
4．为了定性研究阻力（摩擦阻力和空气阻力）与速度的关系，某同学设计了如图所示的实验，接通打点计时器，将拴有金属小球的细线拉离竖直方向一个角度后由静止释放，小球撞击固定在小车右端的挡板，使小车和挡板在无动力条件下一起运动，打点计时器在纸带上打下了一系列的点，用刻度尺测出相邻两点间的距离，小车运动的加速度逐渐_______（填“增大、减小或不变”），表明小车所受的阻力随速度的减小而_________（填“增大、减小或不变”）
5．如图所示为“用DIS实验系统研究物体的加速度与力的关系”的实验装置，该实验需要使用______传感器；实验中应保持_______不变。
6．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,我们得到了如图甲、乙所示的两个实验图像,描述加速度与质量关系的图线是____,描述加速度与力的关系的图线是____.
四自我检测
1．如图为“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置，砂和砂桶的总质量为m，小车（含车内砝码）总质量为M，实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小，小车运动加速度用a表示。在探究加速度与小车受力关系的过程中，要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是（ ）
A．M＝100g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120g
B．M＝400g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120g
C．M＝400g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40g
D．M＝100g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40g
2．利用如图甲所示的装置探究“质量一定，加速度与力的关系”实验时，甲同学根据实验数据画出的小车的加速度a和小车所受拉力F的图像如图乙中的直线Ⅰ所示，乙同学画出的a－F图像如图乙中的直线Ⅱ所示。直线Ⅰ、Ⅱ在两个坐标轴上的截距都比较大，明显超出了误差范围，下面关于形成这种状况的解释正确的是（ ）
A．实验前甲同学没有平衡摩擦力
B．甲同学在平衡摩擦力时，把长木板不带滑轮的一端垫得过高了
C．实验前乙同学平衡摩擦力过度
D．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板不带滑轮的一端垫得过高了
3．如图为“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置，砂和砂桶的总质量为m，小车（含车内砝码）总质量为M，实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小，小车运动加速度用a表示。实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是（ ）
A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
B．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动
C．将长木板带有定滑轮的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
D．将长木板远离定滑轮的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
4．一同学利用如图甲所示的实验装置探究质量一定时加速度a与力F的关系。另一同学在图甲实验装置中的小车上固定一个力传感器（如图乙）来完成实验。下列关于实验操作的说法中正确的是（ ）
A．图甲实验中，小车由静止开始运动后所受拉力大小等于所挂槽码的重力
B．图乙实验中，木板水平时，力传感器上的读数等于小车所受合力的大小
C．图乙实验中，所挂槽码的质量应远小于小车的质量
D．图甲、图乙两个实验中，为得到质量一定时a与F成正比，都需要补偿阻力
5．“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示。保持小车A的质量不变，改变矿泉水瓶C中水的质量，从而改变小车所受拉力F。测量小车在不同拉力F作用下的加速度a，作出a-F图像如图乙所示。造成图线不过原点的原因可能是（ ）
A．没有平衡摩擦力
B．平衡摩擦力时木板倾角过大
C．小车质量太大
D．矿泉水瓶和其中水的质量太大
6．在物理学的发展过程中，科学家们创造出许多物理学研究方法，以下关于所用物理学研究方法的叙述正确的是（ ）
A．在推到匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀变速直线运动，然后把各小段的位移相加，这里采用了理想模型
B．伽利略认为自由落体运动就是物体在倾角为90°的斜面上的运动，再根据铜球在斜面上的运动规律得出自由落体的运动规律，这是采用了实验和逻辑推理相结合的方法
C．在探究加速度、力和质量三者之间的关系时，先保持质量不变研究力和运动的关系，再保持力不变研究加速度和质量的关系，该实验采用了假设法
D．在不需要考虑物体的形状和大小时，用质点来代替物体的方法叫假设法
7．某同学通过以下步骤测出了从一定高度落下的排球对地面的冲击力：将一张白纸铺在水平地面上，把排球在水里弄湿，然后让排球从规定的高度自由落下，并在白纸上留下球的水印。再将印有水印的白纸铺在台秤上，将球放在纸上的水印中心，缓慢地向下压球，使排球与纸接触部分逐渐发生形变直至刚好遮住水印，记下此时台秤的示数，即为冲击力最大值。下列物理学习或研究中用到的方法与该同学的方法相同的是（ ）
A．建立“瞬时速度”的概念 B．显示微小形变的过程
C．建立“合力与分力”的概念 D．研究加速度与合力、质量的关系
8．在探究牛顿第二定律的实验中，使用气垫导轨的主要目的是（ ）
A．减小噪声 B．减小滑块速度
C．增加摩擦力 D．减小摩擦力
9．北宋文学家欧阳修有句名言：任其事必图其效；欲责其效，必尽其方．这句话的意思是：承担任一工作，必定要考虑工作的成效，想要求得工作的成效，尽可能采用好的方式、方法。学习和研究物理问题更加需要科学思想方法的指引，对下面列举的物理研究过程采用的思想方法认识错误的是（ ）
A．瞬时速度概念的建立体现了等效替代的方法
B．质点概念的引入运用了理想化模型的方法
C．探究加速度与力、质量的关系的实验，采用了控制变量的方法
D．伽利略对自由落体运动进行系统研究．运用了实验和逻辑推理（包括数学演算）相结合的方法
10．在“探究加速度与物体的受力、物体质量的关系”实验中，可利用图示装置进行对比实验。两小车放置在水平板上，前端通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦将两条细线按在桌上，使小车静止。抬起板擦，两车同时运动，一段时间后按下板擦，小车同时停下，对比两车的位移，可知加速度与受力大小成正比。对于实验条件，下列说法正确的是（ ）
A．钩码质量相同，小车质量不同 B．钩码质量不同，小车质量相同
C．钩码质量相同，小车质量也相同 D．钩码质量不同，小车质量也不同
参考答案：
三课前预习
1． 平衡摩擦力； 没有满足小车质量M远大于砂和砂桶的质量m 0.60
2． 1.035 打点计时器的电源接了直流电；小车释放时离打点计时器太远；实验前未平衡摩擦阻力
3． v2＝2ax A BC
4． 减小 减小
5． 位移 小车质量
6． 乙 甲
四自我检测
1．C
2．B
3．D
4．D
5．A
6．B
7．C
8．D
9．A
10．B
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com)
" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)